CN112271919B - 基于功率因数校正的电流补偿方法、介质及电流补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于功率因数校正的电流补偿方法、介质及电流补偿装置，所述基于功率因数校正的电流补偿方法包括：在功率因数校正回路中检测母线的原始电流信号；将所述原始电流信号进行带宽调整后，作为附加电流检测信号；根据所述原始电流信号和所述附加电流检测信号对所述原始电流信号的检测误差进行补偿，确定修正的电流采样值；将所述修正的电流采样值输入所述功率因数校正回路中进行电流内环的控制。本发明提供了一种电流检测和补偿技术，在直流母线上额外增加一路电流检测信号，周期性地补偿原电流检测的误差，使得补偿后的电流信号与实际平均电流值吻合，在减小采样误差的同时，获得了更好的功率因数校正效果。

Description

基于功率因数校正的电流补偿方法、介质及电流补偿装置

技术领域

本发明属于功率因数校正的技术领域，涉及一种电流检测和补偿方法，特别是涉及一种基于功率因数校正的电流补偿方法、介质及电流补偿装置。

背景技术

目前，Boost型功率因数校正技术在单相空调中获得广泛运用。传统的单相Boost型功率因数校正技术使用电流内环、电压外环的双环平均电流控制方案，其中，电流检测是构成电流内环的重要部分。受限于芯片性能，在传统的数字控制方法中，电流采样在每个采样周期中获得一个采样点的电流信息，然而，在整个采样周期中，电流实际上都是变化的。当采样频率够高时，其中的偏差可以忽略。但对于平均电流控制方案，存在一种例外情况：当电感量不足以使电流保持连续时，功率因数校正将进入DCM模式(DiscontinuousConduction Mode，断续电流模式)，此时如果不采取适当的措施，采样获得的电流信号将不能准确反映实际的平均电流，导致电流畸变，影响功率因数校正的效果。

因此，如何提供一种基于功率因数校正的电流补偿方法、介质及电流补偿装置，以解决现有技术无法在不同的电流模式下均可以准确反映实际的平均电流的缺陷，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于功率因数校正的电流补偿方法、介质及电流补偿装置，用于解决现有技术无法在不同的电流模式下均可以准确反映实际的平均电流的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种基于功率因数校正的电流补偿方法，所述基于功率因数校正的电流补偿方法包括：在功率因数校正回路中检测母线的原始电流信号；将所述原始电流信号进行带宽调整后，作为附加电流检测信号；根据所述原始电流信号和所述附加电流检测信号对所述原始电流信号的检测误差进行补偿，确定修正的电流采样值；将所述修正的电流采样值输入所述功率因数校正回路中进行电流内环的控制。

于本发明的一实施例中，在所述将所述原始电流信号进行带宽调整后，作为附加电流检测信号的步骤之后，所述根据所述原始电流信号和所述附加电流检测信号对所述原始电流信号的检测误差进行补偿，确定修正的电流采样值的步骤之前，所述基于功率因数校正的电流补偿方法还包括：比较所述原始电流信号与所述附加电流检测信号的误差；判断所述误差与第一预设误差阈值的大小关系；当所述误差小于所述第一预设误差阈值时，将所述原始电流信号输入所述功率因数校正回路中进行电流内环的控制；当所述误差大于或等于所述第一预设误差阈值时，根据所述原始电流信号和所述附加电流检测信号确定修正的电流采样值。

于本发明的一实施例中，所述根据所述原始电流信号和所述附加电流检测信号对所述原始电流信号的检测误差进行补偿的步骤包括：将当前电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号与附加电流检测信号的差值作为补偿系数；根据下一电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号与所述补偿系数的差值确定所述修正的电流采样值，并通过下一电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号与附加电流检测信号的差值对所述补偿系数进行更新。

于本发明的一实施例中，所述根据所述原始电流信号和所述附加电流检测信号对所述原始电流信号的检测误差进行补偿的步骤包括：将当前电源周期的第k个开关周期对应的附加电流检测信号与原始电流信号的比值作为补偿系数；根据下一电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号与所述补偿系数的乘积确定所述修正的电流采样值，并通过下一电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号与附加电流检测信号的比值对所述补偿系数进行更新。

于本发明的一实施例中，所述根据所述原始电流信号和所述附加电流检测信号对所述原始电流信号的检测误差进行补偿的步骤包括：多次调整采样时刻，直至采样的电流信号与所述附加电流检测信号的差值处于预设范围内时，将该电流信号作为当前电源周期的第k个开关周期对应的第三路电流检测信号；计算当前电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号与上一电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号的差值；当所述差值小于第二预设误差阈值时，将所述第三路电流检测信号输入所述功率因数校正回路中进行电流内环的控制；当所述差值大于或等于所述第二预设误差阈值时，将当前电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号输入所述功率因数校正回路中进行电流内环的控制。

于本发明的一实施例中，所述将所述原始电流信号进行带宽调整后，作为附加电流检测信号的步骤包括：对所述原始电流信号对应的采样电压进行放大并增加偏置电压后，形成调整电压；对所述调整电压进行低通滤波后，形成所述附加电流检测信号。

于本发明的一实施例中，所述功率因数校正回路为升压电路校正回路，所述升压电路校正回路采用电流内环与电压外环的双环平均电流控制方式。

于本发明的一实施例中，所述在功率因数校正回路中检测母线的原始电流信号的步骤包括：于所述功率因数校正回路中获取电流采样装置检测的原始电流信号，所述电流采样装置为电流采样电阻电路或霍尔采样装置。

本发明另一方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的基于功率因数校正的电流补偿方法。

本发明最后一方面提供一种电流补偿装置，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述电流补偿装置执行所述的基于功率因数校正的电流补偿方法。

如上所述，本发明所述的基于功率因数校正的电流补偿方法、介质及电流补偿装置，具有以下有益效果：

本发明提供了一种新型的电流检测和补偿方法，在直流母线上额外增加一路电流检测信号，用于获得平均电流信号，其与原电流检测信号进行比较，周期性地补偿原电流检测的误差，使得补偿后的电流信号与实际平均电流值吻合，再将其用于电流内环的控制，减小了DCM(Discontinuous Conduction Mode，断续电流模式)下的采样误差，以获得更好的功率因数校正效果。

附图说明

图1显示为本发明的基于功率因数校正的电流补偿方法于一实施例中的功率因数校正原理图。

图2显示为本发明的基于功率因数校正的电流补偿方法于一实施例中的原理流程图。

图3显示为本发明的基于功率因数校正的电流补偿方法于一实施例中的信号调理电路图。

图4显示为本发明的基于功率因数校正的电流补偿方法于一实施例中的误差判断流程图。

图5显示为本发明的基于功率因数校正的电流补偿方法于一实施例中的连续电流模式的电流示意图。

图6显示为本发明的基于功率因数校正的电流补偿方法于一实施例中的断续电流模式的电流示意图。

图7显示为本发明的基于功率因数校正的电流补偿方法于一实施例中的补偿示意图。

图8显示为本发明的电流补偿装置于一实施例中的结构连接示意图。

元件标号说明

8 电流补偿装置

81 处理器

82 存储器

S21～S24 步骤

S41～S44 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明所述的基于功率因数校正的电流补偿方法提供了一种电流检测和补偿技术，在直流母线上额外增加一路电流检测信号，周期性地补偿原电流检测的误差，在减小采样误差的同时，获得了更好的功率因数校正效果。

以下将结合图1至图8详细阐述本实施例的一种基于功率因数校正的电流补偿方法、介质及电流补偿装置的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实施例的基于功率因数校正的电流补偿方法、介质及电流补偿装置。

请参阅图1，显示为本发明的基于功率因数校正的电流补偿方法于一实施例中的功率因数校正原理图。如图1所示，原功率因数校正使用典型的Boost型校正回路，采用典型的电流内环、电压外环双环平均电流控制策略。交流电源通过整流桥对输入电源进行整流，进而输入后续的功率因数校正回路中，功率因数校正回路输出的电压、电流输入与之连接的母线电容以及负载中。其中，原电流检测信号参与电流内环控制，使得电网电流正弦化并获得单位功率因数。所述基于功率因数校正的电流补偿方法在原Boost型功率因数校正回路基础上，在被控电流连续的支路上额外增加一路电流检测信号，即附加电流检测信号Y，该附加电流检测信号Y经过带宽调整，具有更窄的带宽，因此更接近理想的平均电流值。

请参阅图2，显示为本发明的基于功率因数校正的电流补偿方法于一实施例中的原理流程图。如图2所示，所述基于功率因数校正的电流补偿方法具体包括以下几个步骤：

S21，在功率因数校正回路中检测母线的原始电流信号。

于一实施例中，所述功率因数校正回路为升压电路校正回路，所述升压电路校正回路采用电流内环与电压外环的双环平均电流控制方式。具体地，原始电流检测信号参与电流内环控制，使得电网电流正弦化并获得单位功率因数。

于一实施例中，于所述功率因数校正回路中获取电流采样装置检测的原始电流信号，所述电流采样装置为电流采样电阻电路、霍尔采样装置或其他电流采样装置。

S22，将所述原始电流信号进行带宽调整后，作为附加电流检测信号，以通过原始电流信号和附加电流检测信号获得平均电流的检测信号。

在本实施例中，对所述原始电流信号对应的采样电压进行放大并增加偏置电压后，形成调整电压。

对所述调整电压进行低通滤波后，形成所述附加电流检测信号。

请参阅图3，显示为本发明的基于功率因数校正的电流补偿方法于一实施例中的信号调理电路图。如图3所示，以运放为核心的求差电路，对原始电流信号对应的采样电压Vin进行放大并增加偏置电压Vb，再经过由R5、C1构成的一阶低通滤波输出附加电流检测信号Y，由此实现带宽至少在0.1倍开关频率以下。例如，功率因数校正回路中开关管的开关频率为40KHz，则带宽可以实现在4KHz以下。

请参阅图4，显示为本发明的基于功率因数校正的电流补偿方法于一实施例中的误差判断流程图。如图4所示，在补偿之前，对所述原始电流信号与所述附加电流检测信号进行误差判断，具体步骤包括：

S41，比较所述原始电流信号与所述附加电流检测信号的误差。

具体地，对原始电流检测信号和附加电流检测信号进行采样之后，周期性比较两者的采样值。

S42，判断所述误差与第一预设误差阈值的大小关系。其中，第一预设误差阈值例如可以是0.1A。此外，根据实际工程和项目需要，对所述第一预设误差阈值进行的合理调整也在本发明保护的范围内。

S43，当所述误差小于所述第一预设误差阈值时，将所述原始电流信号输入所述功率因数校正回路中进行电流内环的控制。例如功率因数校正回路实际只工作在连续电流模式的情况。

请参阅图5，显示为本发明的基于功率因数校正的电流补偿方法于一实施例中的连续电流模式的电流示意图。如图5所示，在CCM(Continuous Conduction Mode，连续电流模式)下，粗实线表示实际电流，细实线表示平均电流，每个开关周期中的电流平均值≈开通/关断区间中点时刻的电流值，采样频率够高时，误差可以忽略。

S44，当所述误差大于或等于所述第一预设误差阈值时，根据所述原始电流信号和所述附加电流检测信号确定修正的电流采样值。

请参阅图6，显示为本发明的基于功率因数校正的电流补偿方法于一实施例中的断续电流模式的电流示意图。如图6所示，在DCM(Discontinuous Conduction Mode，断续电流模式)下，粗实线表示实际电流，细实线表示平均电流，虚线表示原始电流采样值连线，由此可知，中点采样获得的电流信号将不能准确反映实际的平均电流，导致电流畸变，只有修正电流采样值才能保证功率因数校正的效果。

S23，根据所述原始电流信号和所述附加电流检测信号对所述原始电流信号的检测误差进行补偿，确定修正的电流采样值。

请参阅图7，显示为本发明的基于功率因数校正的电流补偿方法于一实施例中的补偿示意图。如图7所示，粗实线表示实际电流，细实线表示平均电流，虚线表示原始电流采样值连线，呈现了第k个开关周期中电流采样值的补偿示意图。

结合图7，本发明例举以下三种补偿方式对本发明的补偿原理进行详细说明。

于实施例1中，通过原始电流信号与附加电流检测信号的差值进行补偿。具体包括以下步骤：

(1-1)将当前电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号与附加电流检测信号的差值作为补偿系数。

具体地，以第n个电源周期的第k个开关周期为例说明补偿方法。其中，各个变量附带的(n，k)表示第n个电源周期的第k个开关周期下对应的该变量值。令补偿系数G(n，k)＝A(n，k)-B(n，k)。

(1-2)根据下一电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号与所述补偿系数的差值确定所述修正的电流采样值，并通过下一电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号与附加电流检测信号的差值对所述补偿系数进行更新。

具体地，修正电流采样值为C(n+1，k)＝A((n+1，k)-G(n，k)，输入至功率因数校正回路的电流内环参与控制。并且，在下一个电源周期的第k个开关周期，存储新的补偿系数G(n+1，k)＝A((n+1，k)-B(n+1，k)。

于实施例2中，通过附加电流检测信号与原始电流信号的比值进行补偿。具体包括以下步骤：

(2-1)将当前电源周期的第k个开关周期对应的附加电流检测信号与原始电流信号的比值作为补偿系数。

具体地，以第n个电源周期的第k个开关周期为例说明补偿方法。令补偿系数G(n，k)＝B(n，k)÷A(n，k)。

(2-2)根据下一电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号与所述补偿系数的乘积确定所述修正的电流采样值，并通过下一电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号与附加电流检测信号的比值对所述补偿系数进行更新。

具体地，修正电流采样值为C(n+1，k)＝A((n+1，k)×G(n，k)，输入至功率因数校正回路的电流内环参与控制。并且，在下一个电源周期的第k个开关周期，存储新的补偿系数G(n+1，k)＝A((n+1，k)÷B(n+1，k)。

于实施例3中，通过增加第三路电流检测信号进行补偿。具体包括以下步骤：

(3-1)多次调整采样时刻，直至采样的电流信号与所述附加电流检测信号的差值处于预设范围内时，将该电流信号作为当前电源周期的第k个开关周期对应的第三路电流检测信号。

具体地，以第n各电源周期的第k个开关周期为例说明补偿方法。在对于信号X，额外增加一次采样，它与原采样时刻的时间差为t，采样值为C。多次调整采样时刻，直至采样值(第三路电流检测信号)C(n，k)≈B(n，k)。其中，C(n，k)与B(n，k)可以近似等效的预设范围为0.1A。此外，根据实际工程和项目需要，对所述预设范围的数值进行的合理调整也在本发明保护的范围内。

(3-2)计算当前电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号与上一电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号的差值。

(3-3)当所述差值小于第二预设误差阈值时，将所述第三路电流检测信号输入所述功率因数校正回路中进行电流内环的控制；当所述差值大于或等于所述第二预设误差阈值时，将当前电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号输入所述功率因数校正回路中进行电流内环的控制。

具体地，当A(n，k)与A(n-1，k)差距不大时，将C(n，k)输入至功率因数校正回路的电流内环参与控制。否则，将A(n，k)输入至功率因数校正回路的电流内环参与控制。其中，A(n，k)与A(n-1，k)差距通过第二预设误差阈值进行判断。第二预设误差阈值例如可以是0.1A。此外，根据实际工程和项目需要，对所述第二预设误差阈值进行的合理调整也在本发明保护的范围内。

S24，将所述修正的电流采样值输入所述功率因数校正回路中进行电流内环的控制。

需要说明的是，上述实施例1-3仅为本发明所述基于功率因数校正的电流补偿方法的其中三种实施方式，此外，结合原始电流信号与附加电流检测信号进行数值处理与计算，可以实现补偿的其他方法也包括在本发明保护的范围内。

本发明所述的基于功率因数校正的电流补偿方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。

本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述基于功率因数校正的电流补偿方法。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的计算机可读存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的计算机存储介质。

请参阅图8，显示为本发明的电流补偿装置于一实施例中的结构连接示意图。如图8所示，本实施例提供一种电流补偿装置8，所述电流补偿装置8具体包括：处理器81及存储器82。所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述电流补偿装置执行所述的基于功率因数校正的电流补偿方法的各个步骤。

于实际应用中，所述电流补偿装置为MCU(Microcontroller Unit，微控制单元或单片机)，将单片机接入图1所示的电路中执行所述基于功率因数校正的电流补偿方法。单片机(Single-Chip Microcomputer)是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断***、定时器/计数器等功能(还可以包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机***。

综上所述，本发明所述基于功率因数校正的电流补偿方法、介质及电流补偿装置提供了一种新型的电流检测和补偿方法，在直流母线上额外增加一路电流检测信号，用于获得平均电流信号，其与原电流检测信号进行比较，周期性地补偿原电流检测的误差，使得补偿后的电流信号与实际平均电流值吻合，再将其用于电流内环的控制，减小了断续电流模式下的采样误差，以获得更好的功率因数校正效果。本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种基于功率因数校正的电流补偿方法，其特征在于，所述基于功率因数校正的电流补偿方法包括：

在功率因数校正回路中检测母线的原始电流信号；

对所述原始电流信号对应的采样电压进行放大并增加偏置电压后，形成调整电压；对所述调整电压进行低通滤波后，形成附加电流检测信号；

根据不同电源周期的同一开关周期下对应的原始电流信号和所述附加电流检测信号，对所述原始电流信号的检测误差进行补偿，确定修正的电流采样值；

将所述修正的电流采样值输入所述功率因数校正回路中进行电流内环的控制。

2.根据权利要求1所述的基于功率因数校正的电流补偿方法，其特征在于，在所述形成附加电流检测信号的步骤之后，在所述确定修正的电流采样值的步骤之前，所述基于功率因数校正的电流补偿方法还包括：

比较所述原始电流信号与所述附加电流检测信号的误差；

判断所述误差与第一预设误差阈值的大小关系；

当所述误差小于所述第一预设误差阈值时，将所述原始电流信号输入所述功率因数校正回路中进行电流内环的控制；当所述误差大于或等于所述第一预设误差阈值时，根据所述原始电流信号和所述附加电流检测信号确定修正的电流采样值。

3.根据权利要求1所述的基于功率因数校正的电流补偿方法，其特征在于，所述根据不同电源周期的同一开关周期下对应的原始电流信号和所述附加电流检测信号，对所述原始电流信号的检测误差进行补偿的步骤包括：

将当前电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号与附加电流检测信号的差值作为补偿系数；

根据下一电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号与所述补偿系数的差值确定所述修正的电流采样值，并通过下一电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号与附加电流检测信号的差值对所述补偿系数进行更新。

4.根据权利要求1所述的基于功率因数校正的电流补偿方法，其特征在于，所述根据不同电源周期的同一开关周期下对应的原始电流信号和所述附加电流检测信号，对所述原始电流信号的检测误差进行补偿的步骤包括：

将当前电源周期的第k个开关周期对应的附加电流检测信号与原始电流信号的比值作为补偿系数；

根据下一电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号与所述补偿系数的乘积确定所述修正的电流采样值，并通过下一电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号与附加电流检测信号的比值对所述补偿系数进行更新。

5.根据权利要求1所述的基于功率因数校正的电流补偿方法，其特征在于，所述根据不同电源周期的同一开关周期下对应的原始电流信号和所述附加电流检测信号，对所述原始电流信号的检测误差进行补偿的步骤包括：

多次调整采样时刻，直至采样的电流信号与所述附加电流检测信号的差值处于预设范围内时，将该电流信号作为当前电源周期的第k个开关周期对应的第三路电流检测信号；

计算当前电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号与上一电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号的差值；

当所述差值小于第二预设误差阈值时，将所述第三路电流检测信号输入所述功率因数校正回路中进行电流内环的控制；当所述差值大于或等于所述第二预设误差阈值时，将当前电源周期的第k个开关周期对应的原始电流信号输入所述功率因数校正回路中进行电流内环的控制。

6.根据权利要求1所述的基于功率因数校正的电流补偿方法，其特征在于，

所述功率因数校正回路为升压电路校正回路，所述升压电路校正回路采用电流内环与电压外环的双环平均电流控制方式。

7.根据权利要求1所述的基于功率因数校正的电流补偿方法，其特征在于，所述在功率因数校正回路中检测母线的原始电流信号的步骤包括：

于所述功率因数校正回路中获取电流采样装置检测的原始电流信号，所述电流采样装置为电流采样电阻电路或霍尔采样装置。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的基于功率因数校正的电流补偿方法。

9.一种电流补偿装置，其特征在于，包括：处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述电流补偿装置执行如权利要求1至7中任一项所述的基于功率因数校正的电流补偿方法。

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